Toán 11 Bài 2 (Cánh diều): Các quy tắc tính đạo hàm

Giải Toán 11 Bài 2: Các quy tắc tính đạo hàm

Giải Toán 11 trang 64 Tập 2

Câu hỏi khởi động trang 64 Toán 11 Tập 2: Ta có thể tính đạo hàm của hàm số bằng cách sử dụng định nghĩa. Tuy nhiên, cách làm đó là không thuận lợi khi hàm số được cho bằng những công thức phức tạp. Trong thực tiễn, để tính đạo hàm của một hàm số ta thường sử dụng các quy tắc tính đạo hàm để đưa việc tính toán đó về tính đạo hàm của những hàm số sơ cấp cơ bản.

Đạo hàm của những hàm số sơ cấp cơ bản là gì?

Làm thế nào để thực hiện được các quy tắc đạo hàm?

Lời giải:

Để trả lời được các câu hỏi trên, chúng ta cùng tìm hiểu bài học này.

I. Đạo hàm của một số hàm số sơ cấp cơ bản

Hoạt động 1 trang 64 Toán 11 Tập 2: a) Tính đạo hàm của hàm số y = x² tại điểm x₀ bất kì bằng định nghĩa.

b) Dự đoán đạo hàm của hàm số y = xⁿ tại điểm x bất kì.

Lời giải:

a) ⦁ Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x₀.

Ta có ∆y = f(x₀ + ∆x) – f(x₀) = (x₀ + ∆x)² – (x₀)²

$=x_0^2+2x_0\Delta x+{\left(\Delta x\right)}^2-x_0^2$

$=2x_0\Delta x+{\left(\Delta x\right)}^2=\Delta x\left(2x_0+\Delta x\right).$

Suy ra $\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{\Delta x\left(2x_0+\Delta x\right)}{\Delta x}=2x_0+\Delta x.$

⦁ Ta thấy $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\left(2x_0+\Delta x\right)=2x_0+0=2x_0.$

Vậy đạo hàm của hàm số y = x² tại điểm x₀ bất kì là y’(x₀) = 2x₀.

b) Dự đoán: y’ = nx^{n – 1}.

Luyện tập 1 trang 64 Toán 11 Tập 2: Cho hàm số y = x²²

a) Tính đạo hàm của hàm số trên tại điểm x bất kì.

b) Tính đạo hàm của hàm số trên tại điểm x₀ =1

Lời giải:

a) Ta có: y' = (x²²)' = 22x²¹

b) Đạo hàm của hàm số tại điểm x₀ = –1 là y'(–1) = 22 . (–1)²¹ = 22 . (–1) = –22

Giải Toán 11 trang 65 Tập 2

Hoạt động 2 trang 65 Toán 11 Tập 2: Tính đạo hàm của hàm số $y=\sqrt{x}$ tại điểm x₀ = 1 bằng định nghĩa

Lời giải:

Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x₀ = 1.

Ta có $\Delta y=f\left(1+\Delta x\right)-f\left(1\right)=\sqrt{1+\Delta x}-\sqrt{1}=\sqrt{1+\Delta x}-1$

Suy ra $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sqrt{1+\Delta x}-1}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\left(\sqrt{1+\Delta x}-1\right)\left(\sqrt{1+\Delta x}+1\right)}{\Delta x\left(\sqrt{1+\Delta x}+1\right)}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{1+\Delta x-1}{\Delta x\left(\sqrt{1+\Delta x}+1\right)}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta x}{\Delta x\left(\sqrt{1+\Delta x}+1\right)}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{1}{\sqrt{1+\Delta x}+1}=\frac{1}{\sqrt{1+0}+1}=\frac{1}{2}.$

Luyện tập 2 trang 65 Toán 11 Tập 2: Tính đạo hàm của hàm số $f\left(x\right)=\sqrt{x}$ tại điểm x₀ = 9

Lời giải:

Ta có :$f^{\text{'}}\left(x\right)=\frac{1}{2\sqrt{x}}$với x > 0.

Vậy đạo hàm của hàm số trên tại điểm x₀ = 9 là $f^{\text{'}}\left(9\right)=\frac{1}{2\sqrt{9}}=\frac{1}{2\cdot 3}=\frac{1}{6}.$

Hoạt động 3 trang 65 Toán 11 Tập 2: Bằng cách sử dụng kết quả $\underset{x\to 0}{\lim }\frac{\sin x}{x}=1$ tính đạo hàm của hàm số y = sinx tại điểm x bất kì bằng định nghĩa

Lời giải:

Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x bất kì.

Ta có $\Delta y=f\left(x+\Delta x\right)–f\left(x\right)=sin\left(x+\Delta x\right)–sinx=2cos\left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\sin \frac{\Delta x}{2}$

Suy ra $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{2cos\left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\sin \frac{\Delta x}{2}}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\left(cos\left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\cdot \frac{\sin \frac{\Delta x}{2}}{\frac{\Delta x}{2}}\right)$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }cos\left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\cdot \underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \frac{\Delta x}{2}}{\frac{\Delta x}{2}}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }cos\left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\cdot \underset{\frac{\Delta x}{2}\to 0}{\lim }\frac{\sin \frac{\Delta x}{2}}{\frac{\Delta x}{2}}$

$=cos\left(x+\frac{0}{2}\right)\cdot 1=\cos x.$

Vậy đạo hàm của hàm số y = sinx tại điểm x bất kì là y’ = cosx.

Luyện tập 3 trang 65 Toán 11 Tập 2: Tính đạo hàm của hàm số f(x) = sinx tại điểm $x_0=\frac{\pi }{2}$

Lời giải:

Ta có f’(x) = cosx.

Đạo hàm của hàm số trên tại điểm $x_0=\frac{\pi }{2}$ là: $f^{\text{'}}\left(\frac{\pi }{2}\right)=\cos \frac{\pi }{2}=0$

Hoạt động 4 trang 65 Toán 11 Tập 2: Bằng định nghĩa, tính đạo hàm của hàm số y = cosx tại điểm x bất kì

Lời giải:

Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x bất kì.

Ta có $\Delta y=f\left(x+\Delta x\right)–f\left(x\right)=cos\left(x+\Delta x\right)–cosx=-2\sin \left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\sin \frac{\Delta x}{2}$

Suy ra $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{-2\sin \left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\sin \frac{\Delta x}{2}}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\left(-\sin \left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\cdot \frac{\sin \frac{\Delta x}{2}}{\frac{\Delta x}{2}}\right)$

$=-\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\sin \left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\cdot \underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \frac{\Delta x}{2}}{\frac{\Delta x}{2}}$

$=-\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\sin \left(x+\frac{\Delta x}{2}\right)\cdot \underset{\frac{\Delta x}{2}\to 0}{\lim }\frac{\sin \frac{\Delta x}{2}}{\frac{\Delta x}{2}}$

$=-\sin \left(x+\frac{0}{2}\right)\cdot 1=-\sin x.$

Vậy đạo hàm của hàm số y = cosx tại điểm x bất kì là y’ = –sinx.

Giải Toán 11 trang 66 Tập 2

Luyện tập 4 trang 66 Toán 11 Tập 2: Một vật dao động theo phương trình f(x) = cosx, trong đó x là thời gian tính theo giây. Tính vận tốc tức thời của vật tại thời điểm x₀ = 2

Lời giải:

Ta có:f’(x)= –sinx

Vậy vận tốc tức thời của vật tại thời điểm x₀ = 2 là: f’(2) = –sin2

Hoạt động 5 trang 66 Toán 11 Tập 2: Bằng định nghĩa, tính đạo hàm của hàm số y = tanx tại điểm x bất kì, $x\ne \frac{\pi }{2}+k\pi$(k ∈ ℤ)

Lời giải:

Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x bất kì, $x\ne \frac{\pi }{2}+k\pi$(k ∈ ℤ)

Ta có: ∆y = f(x + ∆x) – f(x) = tan(x + ∆x) – tanx.

Suy ra $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{tan\left(x+\Delta x\right)–tanx}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\frac{\sin \left(x+\Delta x\right)}{\cos \left(x+\Delta x\right)}-\frac{\sin x}{\cos x}}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \left(x+\Delta x\right)\cos x-\cos \left(x+\Delta x\right)\sin x}{\Delta x\cdot \cos \left(x+\Delta x\right)\cos x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \left(x+\Delta x-x\right)}{\Delta x\cdot \cos \left(x+\Delta x\right)\cos x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \Delta x}{\Delta x\cdot \cos \left(x+\Delta x\right)\cos x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \Delta x}{\Delta x}\cdot \underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{1}{\cos \left(x+\Delta x\right)\cos x}$

$=1\cdot \frac{1}{\cos \left(x+0\right)\cos x}=\frac{1}{{\cos }^{2}x}.$

Vậy đạo hàm của hàm số y = tanx tại điểm x bất kì, $x\ne \frac{\pi }{2}+k\pi$(k ∈ ℤ) là $y\text{'}=\frac{1}{{\cos }^{2}x}.$

Luyện tập 5 trang 66 Toán 11 Tập 2: Tính đạo hàm của hàm số f(x) = tanx tại điểm $x_0=-\frac{\pi }{6}$

Lời giải:

Ta có $f^{\text{'}}\left(x\right)=\frac{1}{{\cos }^{2}x}$ $\left(x\ne \frac{\pi }{2}+k\pi ,k\in \mathbb{Z}\right).$

Đạo hàm của hàm số trên tại điểm $x_0=-\frac{\pi }{6}$ là:

$f^{\text{'}}\left(-\frac{\pi }{6}\right)=\frac{1}{{\cos }^2\left(-\frac{\pi }{6}\right)}=\frac{1}{{\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right)}^2}=\frac{4}{3}$

Hoạt động 6 trang 66 Toán 11 Tập 2: Bằng định nghĩa, tính đạo hàm của hàm số y = cotx tại điểm x bất kì, x ≠ kπ (k∈ ℤ)

Lời giải:

Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x bất kì, x ≠ kπ (k ∈ ℤ).

Ta có: ∆y = f(x + ∆x) – f(x) = cot(x + ∆x) – cotx.

Suy ra $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{cot\left(x+\Delta x\right)–cotx}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\frac{\cos \left(x+\Delta x\right)}{\sin \left(x+\Delta x\right)}-\frac{\cos x}{\sin x}}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\cos \left(x+\Delta x\right)\sin x-\sin \left(x+\Delta x\right)\cos x}{\Delta x\cdot \sin \left(x+\Delta x\right)\sin x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \left(x-x-\Delta x\right)}{\Delta x\cdot \sin \left(x+\Delta x\right)\sin x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\sin \left(-\Delta x\right)}{\Delta x\cdot \sin \left(x+\Delta x\right)\sin x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{-\sin \Delta x}{\Delta x}\cdot \underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{1}{\sin \left(x+\Delta x\right)\sin x}$

$=\left(-1\right)\cdot \frac{1}{\sin \left(x+0\right)\sin x}=-\frac{1}{{\sin }^{2}x}.$

Vậy đạo hàm của hàm số y = cotx tại điểm x bất kì, x ≠ kπ (k ∈ ℤ) là $y\text{'}=-\frac{1}{{\sin }^{2}x}.$

Luyện tập 6 trang 66 Toán 11 Tập 2: Tính đạo hàm của hàm số f(x) = cotx tại điểm $x_0=-\frac{\pi }{3}$

Lời giải:

Ta có: $f^{\text{'}}\left(x\right)=-\frac{1}{{\sin }^{2}x}$ (x ≠ kπ, k ∈ ℤ)

Đạo hàm của hàm số trên tại điểm $x_0=-\frac{\pi }{3}$ là:

$f^{\text{'}}\left(-\frac{\pi }{3}\right)=-\frac{1}{{\sin }^2\left(-\frac{\pi }{3}\right)}=-\frac{1}{{\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}\right)}^2}=\frac{-4}{3}.$

Giải Toán 11 trang 67 Tập 2

Hoạt động 7 trang 67 Toán 11 Tập 2:Bằng cách sử dụng kết quả $\underset{x\to 0}{\lim }\frac{e^x-1}{x}=1$ tính đạo hàm của hàm số y = e^x tại điểm x bất kì bằng định nghĩa

Lời giải:

Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x bất kì.

Ta có: ∆y = f(x + ∆x) – f(x) = e^{x + ∆x} – e^x.

Suy ra $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{e^{x+\Delta x}–e^x}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{e^x\left(e^{\Delta x}-1\right)}{\Delta x}=e^x\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{e^{\Delta x}-1}{\Delta x}=e^x\cdot 1=e^x.$

Vậy đạo hàm của hàm số y = e^x tại điểm x bất kì là y' = e^x.

Luyện tập 7 trang 67 Toán 11 Tập 2: Tính đạo hàm của hàm số f(x) = 10^x tại điểm x₀ = –1

Lời giải:

Ta có f’(x) = 10^xln10

Đạo hàm của hàm số trên tại điểm x₀ =–1 là $f’\left(–1\right)={10}^{-1}\ln 10=\frac{\ln 10}{10}$

Hoạt động 8 trang 67 Toán 11 Tập 2: Bằng cách sử dụng kết quả $\underset{x\to 0}{\lim }\frac{\ln \left(1+x\right)}{x}=1$ tính đạo hàm của hàm số y = lnx tại điểm x dương bất kì bằng định nghĩa

Lời giải:

Xét ∆x là số gia của biến số tại điểm x bất kì.

Ta có: ∆y = f(x + ∆x) – f(x) = ln(x + ∆x) – lnx.

Suy ra $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\Delta y}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\ln \left(x+\Delta x\right)-\ln x}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\ln \frac{x+\Delta x}{x}}{\Delta x}=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{\ln \left(1+\frac{\Delta x}{x}\right)}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\left[\frac{1}{x}\cdot \frac{\ln \left(1+\frac{\Delta x}{x}\right)}{\frac{\Delta x}{x}}\right]=\frac{1}{x}\underset{\frac{\Delta x}{x}\to 0}{\lim }\frac{\ln \left(1+\frac{\Delta x}{x}\right)}{\frac{\Delta x}{x}}=\frac{1}{x}$

Vậy đạo hàm của hàm số y = lnx tại điểm x dương bất kì là $y^{\text{'}}=\frac{1}{x}.$

Luyện tập 8 trang 67 Toán 11 Tập 2: Tính đạo hàm của hàm số f(x) = logx tại điểm $x_0=\frac{1}{2}.$

Lời giải:

Ta có: $f^{\text{'}}\left(x\right)=\frac{1}{x\ln 10}$(x > 0).

Đạo hàm của hàm số trên tại điểm $x_0=\frac{1}{2}$là $f^{\text{'}}\left(\frac{1}{2}\right)=\frac{1}{\frac{1}{2}\cdot \ln 10}=\frac{2}{\ln 10}.$

II. Đạo hàm của tổng,hiệu,tích,thương và đạo hàm của hàm hợp

Giải Toán 11 trang 68 Tập 2

Hoạt động 9 trang 68 Toán 11 Tập 2:Cho hai hàm số f(x), g(x) xác định trên khoảng (a; b) cùng có đạo hàm tại điểm x₀>∈ (a; b).

a) Xét hàm số h(x) = f(x) + g(x), x ∈ (a; b). So sánh:

$\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{h\left(x_0+\Delta x\right)-h\left(x_0\right)}{\Delta x}$ và $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{f\left(x_0+\Delta x\right)-f\left(x_0\right)}{\Delta x}+\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{g\left(x_0+\Delta x\right)-g\left(x_0\right)}{\Delta x}.$

b) Nêu nhận xét về h'(x₀) và f'(x₀) + g’(x₀

Lời giải:

a) Ta có: $\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{h\left(x_0+\Delta x\right)-h\left(x_0\right)}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{f\left(x_0+\Delta x\right)+g\left(x_0+\Delta x\right)-f\left(x_0\right)-g\left(x_0\right)}{\Delta x}$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\left[\frac{f\left(x_0+\Delta x\right)-f\left(x_0\right)}{\Delta x}+\frac{g\left(x_0+\Delta x\right)-g\left(x_0\right)}{\Delta x}\right]$

$=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{f\left(x_0+\Delta x\right)-f\left(x_0\right)}{\Delta x}+\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{g\left(x_0+\Delta x\right)+g\left(x_0\right)}{\Delta x}.$

b) Do $h^{\text{'}}\left(x_0\right)=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{h\left(x_0+\Delta x\right)-h\left(x_0\right)}{\Delta x};$

$f^{\text{'}}\left(x_0\right)=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{f\left(x_0+\Delta x\right)-f\left(x_0\right)}{\Delta x};$

$g^{\text{'}}\left(x_0\right)=\underset{\Delta x\to 0}{\lim }\frac{g\left(x_0+\Delta x\right)-g\left(x_0\right)}{\Delta x}.$

Nên h’(x₀) = f’(x₀) + g’(x₀.

Luyện tập 9 trang 68 Toán 11 Tập 2:Tính đạo hàm của hàm số $f\left(x\right)=x\sqrt{x}$ tại điểm x dương bất kì

Lời giải:

Ta có: $f^{\text{'}}\left(x\right)={\left(x\sqrt{x}\right)}^{\text{'}}={\left(x\right)}^{\text{'}}\cdot \sqrt{x}+x\cdot {\left(\sqrt{x}\right)}^{\text{'}}$

$=1\cdot \sqrt{x}+x\cdot \frac{1}{2\sqrt{x}}=\sqrt{x}+\frac{\sqrt{x}}{2}=\frac{3\sqrt{x}}{2}$(x > 0)

Giải Toán 11 trang 69 Tập 2

Luyện tập 10 trang 69 Toán 11 Tập 2:Tính đạo hàm của hàm số f(x) = tanx + cotx tại điểm $x_0=\frac{\pi }{3}$

Lời giải:

Xét f(x) = tanx + cotx, ta có:$f^{\text{'}}\left(x\right)=\frac{1}{{\cos }^{2}x}-\frac{1}{{\sin }^{2}x}$với $x\ne \frac{\pi }{2}+k\pi$ và x ≠ kπ (k∈ ℤ).

Vậy đạo hàm của hàm số trên là

$f^{\text{'}}\left(\frac{\pi }{3}\right)=\frac{1}{{\cos }^2\frac{\pi }{3}}-\frac{1}{{\sin }^2\frac{\pi }{3}}=\frac{1}{{\left(\frac{1}{2}\right)}^2}-\frac{1}{{\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right)}^2}=4-\frac{4}{3}=\frac{8}{3}.$

Hoạt động 10 trang 69 Toán 11 Tập 2:Cho hàm số y = f(u) = sinu; u = g(x) = x².

a) Bằng cách thay đổi u bởi x² trong biểu thức sinu, hãy biểu thị giá trị của u theo biến số x.

b) Xác định hàm số y = f(g(x))

Lời giải:

a) Ta có y = f(u) = sinu = sin(x²). style="color: #00b050;">

b) Ta có y = f(g(x)) = f(x²) = sin(x²)

Luyện tập 11 trang 69 Toán 11 Tập 2:Hàm số y = log₂(3x + 1)là hàm hợp của hai hàm số nào?

Lời giải:

Đặt u = 3x + 1, ta có y = log₂u

Vậy y = log₂(3x + 1) là hàm hợp của hai hàm số y = log₂u và u = 3x + 1

Giải Toán 11 trang 71 Tập 2

Luyện tập 12 trang 71 Toán 11 Tập 2: Tìm đạo hàm của mỗi hàm số sau:

a) y = e^{3x + 1}

b)y = log₃(2x – 3)

Lời giải:

a) Đặt u = 3x + 1, ta có y = e^u.

Khi đó ${y^{\text{'}}}_u={\left(e^u\right)}^{\text{'}}=e^u$ và ${u^{\text{'}}}_x=3.$

Theo công thức tính đạo hàm của hàm hợp, ta có:

${y^{\text{'}}}_x={y^{\text{'}}}_u\cdot {u^{\text{'}}}_x=e^u\cdot 3=3e^u=3e^{3x+1}.$

b) Đặt u = 2x – 3, ta có y = log₃u.

Khi đó ${y^{\text{'}}}_u={\left(lo{g}_{3}u\right)}^{\text{'}}=\frac{1}{u\ln 3}$ và ${u^{\text{'}}}_x=2.$

Theo công thức tính đạo hàm của hàm hợp, ta có:

${y^{\text{'}}}_x={y^{\text{'}}}_u\cdot {u^{\text{'}}}_x=\frac{1}{u\ln 3}\cdot 2=3=\frac{2}{u\ln 3}=\frac{2}{\left(2x-3\right)\ln 3}.$

Bài tập

Bài 1 trang 71 Toán 11 Tập 2: Cho u = u(x), v = v(x), w = w(x) là các hàm số tại điểm x thuộc khoảng xác định. Phát biểu nào sau đây là đúng?

a) (u + v + w)' = u' + v' + w';

b) (u + v – w)' = u' + v' – w';

c) (uv)' = u'v';

d) ${\left(\frac{u}{v}\right)}^{\text{'}}=\frac{u^{\text{'}}}{v^{\text{'}}}$ với v = v(x) ≠ 0, v' = v'(x) ≠ 0.

Lời giải:

Phát biểu đúng là: a), b).

Phát biểu c) sai vì (uv)' = u'v + uv'.

Phát biểu (d) sai vì ${\left(\frac{u}{v}\right)}^{\text{'}}=\frac{u^{\text{'}}v-u{v}^{\text{'}}}{v^2}.$

Bài 2 trang 71 Toán 11 Tập 2: Cho u = u(x), v = v(x), w = w(x) là các hàm số có đạo hàm tại điểm x thuộc khoảng xác định.

Chứng minh rằng (u . v . w)' = u' . v . w + u . v' . w + u . v . w'.

Lời giải:

Đặt g = u . v và h = g . w.

Khi đó h' = g' . w + g . w'

= (uv)' . w + (uv) . w'

= (u'v + uv') . w + (uv) . w'

= u' . v . w + u . v' . w + u . v . w'.

Bài 3 trang 71 Toán 11 Tập 2: Tìm đạo hàm của mỗi hàm số sau:

a) y = 4x³ – 3x² + 2x + 10;

b,$y=\frac{x+1}{x-1};$

c)$y=-2x\sqrt{x};$

d) y = 3sinx + 4cosx – tanx;

e) y = 4^x + 2e^x;

g) y = xlnx.

Lời giải:

a) y' = (4x³)' – (3x²)' + (2x)' + (10)'

= 4.3.x² – 3.2.x + 2.1

= 12x² – 6x + 2.

b) $y^{\text{'}}={\left(\frac{x+1}{x-1}\right)}^{\text{'}}=\frac{{\left(x+1\right)}^{\text{'}}\left(x-1\right)-\left(x+1\right){\left(x-1\right)}^{\text{'}}}{{\left(x-1\right)}^2}$

$=\frac{1\cdot \left(x-1\right)-\left(x+1\right)\cdot 1}{{\left(x-1\right)}^2}=\frac{x-1-x-1}{{\left(x-1\right)}^2}=\frac{-2}{{\left(x-1\right)}^2}.$

c) $y^{\text{'}}={\left(-2x\sqrt{x}\right)}^{\text{'}}={\left(-2x\right)}^{\text{'}}\cdot \sqrt{x}+\left(-2x\right)\cdot {\left(\sqrt{x}\right)}^{\text{'}}$

$=-2\cdot \sqrt{x}-2x\cdot \frac{1}{2\sqrt{x}}=-2\sqrt{x}-\sqrt{x}=-3\sqrt{x}.$

d) y’ = (3sinx)' + (4cosx)' – (tanx)'

$=3cosx–4sinx-\frac{1}{{\cos }^{2}x}.$

e) y' = (4^x)' + (2e^x)'

= 4^xln4 + 2e^x.

g) y' = (xlnx)' = (x)'.lnx + x.(lnx)'

$=1\cdot lnx+x\cdot \frac{1}{x}=lnx+1.$

Bài 4 trang 71 Toán 11 Tập 2: Cho hàm số f(x) = 2^{3x + 2}.

a) Hàm số f(x) là hàm hợp của các hàm số nào?

b) Tìm đạo hàm của f(x)

Lời giải:

a) Đặt y = f(x) = 2^{3x + 2} và u = 3x + 2, ta có y = 2^{3x + 2} = 2^u.

Vậy y = f(x) = 2^{3x + 2} là hàm hợp của 2 hàm số y = 2^u, u = 3x + 2.

b) Từ y = 2^u và u = 3x + 2, ta có ${y^{\text{'}}}_u={\left(2^u\right)}^{\text{'}}=2^u\ln 2$ và ${u^{\text{'}}}_x=3.$

Theo công thức tính đạo hàm của hàm hợp, ta có:

${y^{\text{'}}}_x={y^{\text{'}}}_u\cdot {u^{\text{'}}}_x=2^u\ln 2\cdot 3=3\ln 2\cdot 2^u=3\ln 2\cdot 2^{3x+2}.$

Giải Toán 11 trang 72 Tập 2

Bài 5 trang 72 Toán 11 Tập 2: Tìm đạo hàm của mỗi hàm số sau:

a) y = sin3x + sin²x

b) y = log₂(2x + 1) + 3^{−2x + 1}

Lời giải:

a)y'=(sin3x)' + (sin²x)

= (3x)'.cos3x + 2(sinx)'.sinx

= 3.cos3x + 2cosx.sinx

= 3cos3x + sin2x.

b) y' = (log₂(2x + 1))' + (3^{−2x + 1})'

$=\frac{{\left(2x+1\right)}^{\text{'}}}{\left(2x+1\right)\ln 2}+{\left(\frac{1}{3^{2x-1}}\right)}^{\text{'}}=\frac{2}{\left(2x+1\right)\ln 2}-\frac{{\left(3^{2x-1}\right)}^{\text{'}}}{{\left(3^{2x-1}\right)}^2}$

$=\frac{2}{\left(2x+1\right)\ln 2}-\frac{{\left(2x-1\right)}^{\text{'}}\cdot 3^{2x-1}\cdot \ln 3}{{\left(3^{2x-1}\right)}^2}$

$=\frac{2}{\left(2x+1\right)\ln 2}-\frac{2\cdot \ln 3}{3^{2x-1}}=\frac{2}{\left(2x+1\right)\ln 2}-2\ln 3\cdot 3^{-2x+1}.$

Bài 6 trang 72 Toán 11 Tập 2: Viết phương trình tiếp tuyến của đồ thị mỗi hàm số sau:

a) y = x³ – 3x² + 4 tại điểm có hoành độ x₀ = 2;

b) y = lnx tại điểm có hoành độ x₀ = e;

c) y = e^x tại điểm có hoành độ x₀ = 0.

Lời giải:

a) Từ y = x³ – 3x² + 4, ta có: y' = (x³)' – (3x²)' + (4)' = 3x² – 6x.

Do đó y'(2) = 3.2² – 6.2 = 12 – 12 = 0.

y(2) = 2³ – 3.2² + 4 = 8 – 12 + 4 = 0.

Phương trình tiếp tuyến của đồ thị tại điểm có hoành độ x₀ = 2 là:

y = 0(x – 2) + 0 = 0.

b) Từ y = lnx, ta có: $y^{\text{'}}={\left(\ln x\right)}^{\text{'}}=\frac{1}{x}$

Do đó và $y^{\text{'}}\left(e\right)=\frac{1}{e}$ = lne = 1.

Phương trình tiếp tuyến của đồ thị tại điểm có hoành độ x₀ = e là

$y=\frac{1}{e}\cdot \left(x–e\right)+1$ hay $y=\frac{1}{e}x.$

c) Từ y = e^x, ta có: y' = (e^x)' = e^x.

Do đó y'(0) = e⁰ = 1 và y(0) = e⁰ = 1.

Phương trình tiếp tuyến của đồ thị tại điểm có hoành độ x₀ = 0 là:

y = 1(x – 0) +1 hay y = x + 1.

Bài 7 trang 72 Toán 11 Tập 2:Một viên đạn được bắn từ mặt đất theo phương thẳng đứng với tốc độ ban đầu v₀ = 196 m/s (bỏ qua sức cản của không khí). Tìm thời điểm mà tốc độ của viên đạn bằng 0. Khi đó viên đạn cách mặt đất bao nhiêu mét (lấy g = 9,8 m/s²)?

Lời giải:

Chọn gốc O là vị trí viên đạn được bắn lên.

Phương trình chuyển động của viên đạn là:

$y\left(t\right)=v_{0}t-\frac{1}{2}g{t}^2\left(g=9,8m/s^2\right).$

Vận tốc tại thời điểm t là: v = y'(t) = v₀ – gt (m/s).

Do đó để v = 0 thì v₀ – gt = 0

Suy ra $t=\frac{v_0}{g}=\frac{196}{9,8}=20\left(s\right).$

Khi đó, viên đạn cách mặt đất một khoảng là:

$y\left(20\right)=196\cdot 20-\frac{1}{2}\cdot 9,8\cdot {20}^2=1960\left(m\right).$

Bài 8 trang 72 Toán 11 Tập 2: Cho mạch điện như Hình 5. Lúc đầu tụ điện có điện tích Q₀. Khi đóng khóa K, tụ điện phóng điện qua cuộn dây; điện tích q của tụ điện phụ thuộc vào thời gian t theo công thức q(t) = Q₀sinωt, trong đó ω là tốc độ góc. Biết rằng cường độ I(t) của dòng điện tại thời điểm t được tính theo công thức I(t) = q'(t). Cho biết Q₀ = 10^–8 (C) và ω = 10⁶π (rad/s). Tính cường độ dòng điện tại thời điểm t = 6 (s) (tính chính xác đến 10^–5 mA)

Lời giải:

I(t) = q'(t) = (Q₀sinωt)' = Q₀ω.cosωt

Cường độ của dòng điện tại thời điểm t = 6 (s) là:

I(6) = 10^–8 ∙10⁶π.cos(10⁶π.6) = 10^–2π.cos0 = 0,01π (A).

Lý thuyết Các quy tắc tính đạo hàm

1. Đạo hàm của tổng, hiệu, tích, thương

Giả sử f = f(x), g = g(x) là các hàm số có đạo hàm tại điểm x thuộc khoảng xác định.

Ta có:

$\begin{array}{l}{\left(f+g\right)}^{\prime }=f^{\prime }+g^{\prime };\\ {\left(f-g\right)}^{\prime }=f^{\prime }-g^{\prime };\\ {\left(fg\right)}^{\prime }=f^{\prime }g+f{g}^{\prime };\\ {\left(\frac{f}{g}\right)}^{\prime }=\frac{f^{\prime }g-f{g}^{\prime }}{g^2}\left(g=g\left(x\right)\ne 0\right).\end{array}$

2. Đạo hàm của hàm hợp

Nếu hàm số u = g(x) có đạo hàm tại x là $u{}_x^{\prime }$ và hàm số y = f(u) có đạo hàm tại y là $y{}_u^{\prime }$ thì hàm hợp y = f(g(x)) có đạo hàm tại x là $y{}_x^{\prime }=y{}_u^{\prime }.u{}_x^{\prime }$.

3. Bảng đạo hàm của một số hàm số sơ cấp cơ bản và hàm hợp

Sơ đồ tư duy Các quy tắc tính đạo hàm

Xem thêm Lời giải bài tập Toán 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 1: Định nghĩa đạo hàm. Ý nghĩa hình học của đạo hàm

Bài 3: Đạo hàm cấp hai

Bài tập cuối chương 7 trang 76

Bài 1: Hai đường thẳng vuông góc

Bài 2: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng